楊錦越， 任 洪， 趙曉燕， 沈建華， 王安貴， 王 竹

(貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱糧研究所， 貴陽 550006)

玉米是我國主要的糧食作物之一，播種面積、總產(chǎn)量、消費量僅次于美國，均居世界第二位[1]。從未來發(fā)展看，玉米將是我國需求增長最快和增產(chǎn)潛力最大的糧食作物[2]。近年來，各地種子市場出現(xiàn)了較多生育期、抗性、產(chǎn)量、品質(zhì)等特性良莠不齊的玉米品種，多數(shù)品種抗性好，產(chǎn)量較高，但不適宜機(jī)械粒收，在一定程度上限制了我國玉米生產(chǎn)全程機(jī)械化的推廣。通過開展不同玉米品種機(jī)械粒收示范研究，充分發(fā)揮良種的增產(chǎn)增收潛力和機(jī)收質(zhì)量效果，為我國糧食連年豐收和重要農(nóng)產(chǎn)品穩(wěn)產(chǎn)保供提供關(guān)鍵支撐，對提升玉米生產(chǎn)競爭力具有重要的意義。

在農(nóng)作物新品種示范研究工作中，許多學(xué)者采用灰色關(guān)聯(lián)分析和聚類分析對玉米品種進(jìn)行綜合評判。王江民等[3]采用聚類分析方法對28份玉米品種的穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重、單株產(chǎn)量等11項農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行評價，綜合分析得出全面的品種評判。宋秀麗等[4]采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對36個玉米品種的品質(zhì)、產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀等13個性狀進(jìn)行綜合分析評價，得出了綜合性較好的品種；顧正虎等[5]利用灰色關(guān)聯(lián)度分析法，對12個糯玉米參試品系進(jìn)行綜合評判，得出京彩甜糯品種的綜合性較優(yōu)。目前，通過數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法對農(nóng)藝性狀、品質(zhì)性狀、產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀進(jìn)行分析來綜合評價玉米品種的研究較多，但結(jié)合機(jī)收質(zhì)量性狀對玉米品種進(jìn)行綜合評價的研究鮮見報道。本研究綜合分析生育期、農(nóng)藝性狀、機(jī)收性狀、產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀等指標(biāo)，通過聚類分析和灰色關(guān)聯(lián)分析對不同玉米品種進(jìn)行綜合性評價，為西南地區(qū)選擇適宜機(jī)械粒收的高產(chǎn)玉米品種提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年在貴州省安順市普定縣化處鎮(zhèn)(26°32′N，105°75′E)進(jìn)行，該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫15.1 ℃，年平均日照時數(shù)1 164.9 h，無霜期301 d，年平均降水1 378.2 mm。供試土壤為黃壤，pH值為5.89，有機(jī)質(zhì)32.73 g·kg-1，全氮2.40 mg·kg-1，堿解氮141.8 mg·kg-1，全磷16.69 mg·kg-1，有效磷28.84 mg·kg-1，速效磷24.18 mg·kg-1，全鉀16.02 g·kg-1，速效鉀161.87 g·kg-1。

1.2 供試材料

供試品種共45個，名稱及來源詳見表1。

表1 參試玉米品種名稱及編號

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用間比法順序排列，種植密度為67 500株·hm-2,小區(qū)面積21 m2(2.1 m×10 m)，行距0.70 m，設(shè)置兩次重復(fù),基肥使用緩釋肥(N∶P2O5∶K2O=26∶12∶13)600 kg·hm-2，采用機(jī)械一次性深施，后期不進(jìn)行追肥，其他栽培管理措施同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.4 測定項目及方法

1.4.1株高、穗位高、空稈率、雙穗率

于成熟期進(jìn)行測定, 每個小區(qū)選有代表性植株10株, 測量株高、穗位高。于收獲期對每小區(qū)進(jìn)行調(diào)查，記錄每小區(qū)空稈株數(shù)(不結(jié)果穗或有果穗而籽粒數(shù)小于20粒的株數(shù))及雙穗株數(shù)(主莖第2果穗籽粒數(shù)大于或等于20粒的株數(shù))。

空桿率(%)=(空稈株數(shù)/總株數(shù))×100%;

雙穗率(%)=(雙穗株數(shù)/總株數(shù))×100%。

1.4.2產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀

機(jī)械收獲之前，先隨機(jī)取具有代表性的10個果穗進(jìn)行考種，再分小區(qū)進(jìn)行實收測產(chǎn)。

1.4.3雜質(zhì)率、破碎率、產(chǎn)量損失率

使用雷沃谷神收獲機(jī)(4 LZ-4 G 1型)收獲之后，在測定區(qū)域?qū)⑹斋@機(jī)倉內(nèi)收獲的籽?；靹?，隨機(jī)取2 kg左右?guī)Щ貙嶒炇?，再從樣品中隨機(jī)取3份各300 g揀出機(jī)器損傷、有明顯裂紋及破皮的籽粒，挑出雜質(zhì)，記錄破碎粒質(zhì)量(W1)和雜質(zhì)質(zhì)量(W2)，取平均值。

雜質(zhì)率(%)=(W2/300)×100%;

破碎率(%)=[W1/(300-W2)]×100%。

收集每個小區(qū)內(nèi)的落粒和落穗，測定落穗、落粒的質(zhì)量。將理論產(chǎn)量、落穗質(zhì)量和落粒質(zhì)量分別折合成單位面積數(shù)值,計算產(chǎn)量損失率。

產(chǎn)量損失率(%)=[(單位面積落穗質(zhì)量+單位面積落粒質(zhì)量)/單位面積產(chǎn)量]×100%。

1.5 分析方法

采用Excel 2010軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計與計算，采用DPSv 7.05軟件進(jìn)行聚類分析。根據(jù)灰色系統(tǒng)理論，將供試的玉米品種及其測定的所有性狀看作一個灰色系統(tǒng)，每個品種是該系統(tǒng)中的一個因素，根據(jù)玉米品種育種目標(biāo)、生產(chǎn)實際和試驗結(jié)果等構(gòu)造參考品種，設(shè)各性狀的最優(yōu)理想值為參考數(shù)列X0(k)，k為某個性狀(k=1,2,3,4,5…17)，其中，k1：生育期，k2：株高，k3：穗位高，k4：穗長，k5：穗粗，k6：穗行數(shù)，k7：行粒數(shù)，k8：禿尖，k9：千粒重，k10：空桿率，k11：雙穗率，k12：產(chǎn)量損失率，k13:雜質(zhì)率，k14:破碎率，k15:產(chǎn)量，k16:出籽率，k17：籽粒含水率；以45個參試玉米品種的各項性狀指標(biāo)設(shè)為比較數(shù)列Xi(k),i為參試品種(i=1,2,3,4,5…45)。將原始數(shù)據(jù)經(jīng)過無量綱化處理后，運用灰色系統(tǒng)分析法計算出關(guān)聯(lián)度和權(quán)重，最后計算出綜合評判值，根據(jù)評判值的大小對各參試品種綜合性狀進(jìn)行排名。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同參試玉米品種性狀指標(biāo)分析

由表2可知，45個參試玉米品種(系)的生育期為112～140 d，株高變化幅度為215.20～320.47 cm，平均為263.17 cm，穗位高79～171 cm，平均為103.21 cm，空稈率和雙穗率平均為7.68%和2.33%；在產(chǎn)量性狀中，穗長最大為21.05 cm，穗粗最大為5.45 cm，禿尖最大為5.5 cm，千粒重變化幅度為219.35～459.58 g，產(chǎn)量變化幅度為4 052.43～9 597.65 kg·hm-2；在機(jī)收質(zhì)量性狀中，破碎率變化幅度為2.74%～15.47%，平均為7.42%，若根據(jù)破碎率≤8%的糧食烘干收儲企業(yè)三級糧標(biāo)準(zhǔn)(飼料用玉米GB/T 17890—1999)[6]，達(dá)到要求的品種占66.67%，破碎率小于5%的品種僅占13.33%，雜質(zhì)率變化幅度為0.46%～3.11%，參試品種都符合國家標(biāo)準(zhǔn)(GBT-21961—2008)[7]，產(chǎn)量損失率的變化幅度為1.41%～13.67%，符合國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 21962—2008)[8]的品種占59.46%，籽粒含水率的變化幅度為24.97%～38.83%，桂單682、正昊玉201、湘薈玉1號、KD 204、SAU 210、KD 205、京農(nóng)科728、華興單88和先玉1171等10個品種(系)的含水率小于28%；各性狀的變異系數(shù)也存在一定的差異，其中，雙穗率的變異系數(shù)最大，其次為產(chǎn)量損失率、雜質(zhì)率和破碎率，說明機(jī)收質(zhì)量性狀易受到品種類型和環(huán)境條件等因素的影響，憑借單一性狀，難以評價品種的優(yōu)劣，需采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法進(jìn)行綜合性評價。

表2 不同參試玉米品種各性狀原始數(shù)據(jù)分析

2.2 原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

為了使原始數(shù)據(jù)具有可比性，需先將其進(jìn)行無量綱化處理，使得每個性狀的觀測值都位于0到1之間[9]，其中，穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重、雙穗率、出籽率、產(chǎn)量采用正向性指標(biāo)測度采用公式(1)計算；禿尖長、空桿率、產(chǎn)量損失率、雜質(zhì)率、破碎率和籽粒含水率采用逆向性指標(biāo)測度，采用公式(2)計算；生育期、株高和穗位高采用中性指標(biāo)測度，采用公式(3)計算。結(jié)果見表3。

表3 原始數(shù)據(jù)無量綱化處理結(jié)果

(1)

(2)

(3)

式中，X0(k)為參考品種的理想值，Xi(k)為無量綱化前的值，表示第k個參試玉米品種第i個性狀觀測值，其中，i=1,2,3,4,5…45，k=1,2,3,4,5…17。

2.3 灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)、關(guān)聯(lián)度、權(quán)重及灰色評判值的計算

計算無量綱化后的參數(shù)Xi(k)與參考品種最優(yōu)性狀參數(shù)X0(k)差值的絕對值，公式為：

Δi(k)=|X0(k)-Xi(k)|，從整個系統(tǒng)中找出最小差值minΔi(k)與最大差值maxΔi(k)，從而計算出關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi(k)、關(guān)聯(lián)度Ri(k)和權(quán)重Wi和灰色評判值Gi，最后根據(jù)G值的大小來綜合評價參試品種的優(yōu)劣。

(4)

(5)

(6)

(7)

采用公式(4)(5)(6)分別計算關(guān)聯(lián)度系數(shù)、關(guān)聯(lián)度和權(quán)重，結(jié)果見表4和表5。按照灰色關(guān)聯(lián)度原理，關(guān)聯(lián)度越大，與最優(yōu)參考數(shù)列關(guān)系越緊密，反之則關(guān)系越疏遠(yuǎn)?？梢钥闯?，玉米品種(系)各性狀與參考數(shù)列間的關(guān)系密切程度表現(xiàn)為株高>穗位高>生育期>穗粗>出籽率>產(chǎn)量>穗長>籽粒含水量>行粒數(shù)>千粒重>穗行數(shù)>雜質(zhì)率>破碎率>產(chǎn)量損失率>空稈率>禿尖>雙穗率。機(jī)收質(zhì)量性狀和產(chǎn)量性狀易受株高、穗位高和生育期的影響，從而影響產(chǎn)量和機(jī)械粒收效果。

表4 參試品種各性狀灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)

表5 主要性狀關(guān)聯(lián)度和權(quán)重

2.4 綜合性較優(yōu)品種(系)的篩選

由公式(7)計算出綜合評判值，見表6，華興單88、貴單8號、渝單8075、KN 2014、先玉1171、正昊玉201、京農(nóng)科728、渝單59、KD 205和湘薈玉1號品種(系)的綜合評判值位列前十位，綿918品種的綜合評判值和產(chǎn)量排序一致，KD 205和涼435品種(系)的綜合評判值和產(chǎn)量排序相差一位，其他品種(系)的綜合評判值排序和產(chǎn)量排序結(jié)果略有差異，說明產(chǎn)量較高的品種，其性狀表現(xiàn)不一定最優(yōu)，如畢單35雖然產(chǎn)量(9 061.67 kg·hm-2)較高，但晚熟(140 d)，且株高(318 cm)和穗位(171 cm)都比較高，不利于機(jī)械粒收，若采用人工收獲較費時費力，綜合考慮G值和產(chǎn)量認(rèn)為，華興單88、先玉1171、渝單8075等品種(系)的綜合性較優(yōu)。

表6 各參試品種綜合評判值和產(chǎn)量排名

2.5 農(nóng)藝性狀、機(jī)收質(zhì)量性狀、產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀相關(guān)性分析

由表7可知，產(chǎn)量與株高、穗位高呈極顯著相關(guān)，與空稈率呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明空稈率是影響產(chǎn)量的重要因素，在實際生產(chǎn)中，應(yīng)該注意控制種植密度和施肥量；生育期與籽粒含水率、破碎率、株高和穗位高呈顯著正相關(guān)，破碎率與籽粒含水率呈顯著正相關(guān)，說明選擇合適生育期品種是降低籽粒含水率和破碎率的重要措施之一，籽粒含水率越高，破碎率越大，生產(chǎn)中可選擇籽粒脫水較快早熟品種解決籽粒含水率高的問題；雜質(zhì)率和空稈率與產(chǎn)量損失率呈正相關(guān)，產(chǎn)量損失率與穗位高呈顯著正相關(guān)，出籽率與空桿率呈顯著負(fù)相關(guān)，說明空稈率較高會降低出籽率，產(chǎn)量得不到提高，同時，機(jī)械粒收時容易產(chǎn)生雜質(zhì)，增加雜質(zhì)率。

表7 農(nóng)藝性狀、機(jī)收質(zhì)量性狀、產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀之間相關(guān)性系數(shù)

2.6 基于產(chǎn)量和機(jī)收質(zhì)量性狀的聚類分析

將產(chǎn)量和機(jī)收質(zhì)量性狀的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換，再采用離差平方和法對其進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析(圖1)，在歐式距離6.50處將45個品種分為6類，第一類群包括SAU 209、灃玉8號、灃玉4號、SW 2023 和綿單270共5個品種(系)，這一類群破碎率略偏高，均值為5.25%，產(chǎn)量損失率和雜質(zhì)率都較低，均值分別為4.39%和1.18%，基本上符合國家機(jī)械粒收標(biāo)準(zhǔn)[7]，但籽粒含水率較高，平均達(dá)到36.44%，平均產(chǎn)量也相對較低，僅為5 633.48 kg·hm-2，此類應(yīng)把提高產(chǎn)量放在首位，同時注意選擇適宜收獲期，降低籽粒含水率；第二類群包括湘薈玉1號、成單739、SW 2025、綿918、KN 2014、宜單1808、中單901、好玉4號、黔543、畢單35、真玉2369和中玉335共12個品種(系)，這一類群產(chǎn)量中等，平均為6 466.28 kg·hm-2,破碎率、產(chǎn)量損失率較高和平均籽粒含水率位于中等以下，此類應(yīng)注意在保證達(dá)到玉米機(jī)械粒收質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的同時，注意產(chǎn)量的提高；第三類群包括雅玉158、真玉3號和南N 990共3個品種(系)，這一類群破碎率、產(chǎn)量損失率和籽粒含水率都相對較高，產(chǎn)量位于中等以上，平均為7 041.94 kg·hm-2，此類應(yīng)以降低破碎率、產(chǎn)量損失率和籽粒含水率為目標(biāo)，以便在保證產(chǎn)量的同時，達(dá)到玉米機(jī)械粒收質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；第四類包括成單312、靖玉7號、云瑞199、渝單59和貴單8號共5個品種(系)，這一類群破碎率和籽粒含水率較高，產(chǎn)量損失率和雜質(zhì)率低，產(chǎn)量較低，此類應(yīng)注意田間管理提高產(chǎn)量之后，選擇適宜的收獲期，降低籽粒含水率；第五類包括SAU 210、正昊玉201、桂單682、京農(nóng)科728、中農(nóng)5號、田單4號、南N 1510、金玉101、黔玉932、同玉101、涼435、畢單36、雅玉6188、KD 204和KD 205共15個品種(系)，這一類群機(jī)收質(zhì)量基本符合國家標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)量位于中等偏下，此類應(yīng)以提高產(chǎn)量為主要目標(biāo)。第六類包括渝單8075、先玉1171、KN 2040、華興單88和DS 20101共5個品種(系)，這一類群產(chǎn)量較高，平均為9 002.51 kg·hm-2，機(jī)收質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)，此類在大面積推廣的同時，應(yīng)注意不同生態(tài)適應(yīng)性研究。

3 討論與結(jié)論

本研究表明，產(chǎn)量較高的品種綜合性狀不一定優(yōu)，但綜合性狀較優(yōu)是保證玉米穩(wěn)產(chǎn)重要的前提，株高、穗位高、生育期等指標(biāo)與參考數(shù)列最優(yōu)性狀值關(guān)聯(lián)度最大，關(guān)系最緊密，這與前人的研究結(jié)果一致[10-11]；本研究全面考慮農(nóng)藝性狀、機(jī)收性狀、產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀等多項指標(biāo)對品種(系)優(yōu)劣的影響，克服常規(guī)方法中以產(chǎn)量單一性狀來評價玉米新品種(系)優(yōu)劣的弊端，類似的研究在小麥[12]、水稻[13]、高粱[14]和甜玉米[15]等作物評價中已有廣泛的應(yīng)用，并一致認(rèn)為采用灰色關(guān)聯(lián)度方法評價品種結(jié)果客觀、可靠。通過比較不同玉米品種綜合評判G值，得出華興單88、貴單8號、渝單8075、KN 2014、先玉1171等品種(系)的排名靠前，綜合性較優(yōu)，同時這些品種(系)的產(chǎn)量也較高，可以看出，使用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法時，參考品種的各性狀取值非常重要，取值的準(zhǔn)確性不僅可避免優(yōu)良品種(系)的丟失或一般品種(系)的誤選，也可克服氣候條件和土壤條件等因素對性狀指標(biāo)和產(chǎn)量造成的影響，能夠篩選出可靠性較高、綜合性較優(yōu)的品種(系)。因此，應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析對不同玉米品種(系)進(jìn)行綜合評判時，應(yīng)根據(jù)試驗所在地的實際情況，合理確定參考品種(系)的最優(yōu)性狀值。通過對產(chǎn)量和機(jī)收質(zhì)量性狀聚類分析，將45個參試品種(系)分為了6類，其中，渝單8075、先玉1171、KN 2040、華興單88和DS 20101這一類群較適宜機(jī)械粒收，且產(chǎn)量位于中等以上。結(jié)合綜合評判值和聚類分析，可篩選出華興單88、渝單8075和先玉1171品種，其綜合性狀優(yōu)良，產(chǎn)量較高，機(jī)收質(zhì)量性狀基本符合國標(biāo)“玉米收獲機(jī)械技術(shù)條件”[6]要求，可為后期開展玉米機(jī)械化適宜品種選擇提供參考依據(jù)。

通過對農(nóng)藝性狀、機(jī)收質(zhì)量性狀、產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀相關(guān)性分析可知，各項指標(biāo)之間相互聯(lián)系、相互影響，也進(jìn)一步說明運用灰色關(guān)聯(lián)分析方法綜合評價玉米品種優(yōu)劣的可行性。本研究表明，生育期與籽粒含水率、破碎率、株高和穗位高呈顯著正相關(guān)，破碎率與籽粒含水率呈顯著正相關(guān)，與前人的研究結(jié)果基本一致[16-18]，說明生育期的長短是影響玉米籽粒含水率和破碎率的原因之一，生育期越長，脫水速率越慢，籽粒含水率越高，破碎率越大；產(chǎn)量損失率與穗位高呈顯著正相關(guān)，這與李川等[19]的研究結(jié)果基本一致，但與柳楓賀等[20]的研究結(jié)果略有差異，原因可能是收獲機(jī)械類型、耕作模式或者農(nóng)機(jī)操作人員等不同；本研究還得出，雜質(zhì)率與空稈率和產(chǎn)量損失率呈正相關(guān)，出籽率與空稈率呈顯著的負(fù)相關(guān)，說明空稈率較多會降低出籽率，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，且機(jī)械粒收時容易產(chǎn)生雜質(zhì)，增加雜質(zhì)率。

本試驗使用機(jī)械化一次性基施緩釋肥，和前期傳統(tǒng)種植相比，投入低，省時省工，通過灰色關(guān)聯(lián)分析綜合評判值和產(chǎn)量可看出，多數(shù)玉米品種化肥減施增效的作用明顯，后期將對綜合性較優(yōu)的品種開展有關(guān)緩釋肥機(jī)械化施肥技術(shù)的研究。通過分析機(jī)收質(zhì)量性狀可知，收獲期籽粒含水率和破碎率偏高是多數(shù)參試品種存在的共性問題，在實際生產(chǎn)中，建議選擇成熟后期立稈能力強(qiáng)，籽粒脫水較快的早熟品種來解決籽粒含水率高的問題。綜上所述，灰色關(guān)聯(lián)度分析和聚類分析能夠準(zhǔn)確、全面地分析玉米品種(系)的優(yōu)劣，可為育種家選育、審定和篩選高產(chǎn)宜機(jī)收玉米品種提供理論借鑒。